126 . 18, 2007 . УДК 000 Фокина Н. А., инженер Национальная Академия Природоохранного и курортного строительства Ф Уменьшение твердого стока в результате регулирования русел рек. А ок Н и .н а . В статье анализируется антропогенное воздействие на изменение гидрологического режима некоторых рек Украины и оценивается влияние изменений на поступление речных наносов в Черное море. Гидрологический режим рек, твердый сток, зарегулированность русел рек, переброска стока, рефулирование, осушение земель, водохранилище, пляж, антропогенное воздействие, аккумулятивный берег, аллювиальноаккумулятивный, осадкообразование. Геологическая работа рек выражается в разрушении, транспортировке, и аккумуляции продуктов разрушения. Обломочные частицы, захваченные речным потоком, переносятся либо во взвешенном состоянии, либо путем перекатывания и перемещения по дну. Масса переносимых рекой на протяжении года твердых частиц называется твердым стоком в отличие от массы растворенных веществ – ионного стока. Общая масса твердых частиц, выносимых всеми реками в систему Мирового океана, свыше 20 млрд.т в год, растворимых соединений – около 4 млрд.т [13]. По оценке А.П. Лисицына [5] на долю речного стока приходится 73,1% (18,53 млрд.т/год) всего терригенного осадочного материала, участвующего в океанской седиментации. Остальные наносы в океан с суши поступают в виде стока растворенных веществ - 12,7% (3,2 млрд.т/год), эолового материала - 6,4% (1,6 млрд.т/год), ледникового стока - 5.9% (1.5 млрд.т/год) и продуктов абразии 1,9% (0.5 млрд.т/год). По расчётам Н.И.Маккавеева на долю стока наносов приходится 72,3% [6]. Процесс поступления и распределения наносов в море имеет сложный характер. Не редки случаи, когда донные наносы рек, которые по своей крупности существенно важны для береговой зоны, безвозвратно уходят на большие глубины по каналам стока подводных каньонов. Наносы могут навсегда задерживаться в водохранилищах зарегулированных рек, или использоваться на хозяйственные нужды, могут аккумулироваться в закрытых бухтах и лиманах, откуда их выход в море резко ограничен. Например, кроме Дуная, крупные реки Украины не впадают непосредственно в море. Их устья расположены в лиманах, посредством которых они соединяются с Черным морем. Накоплением прибрежно-морских наносов формируются аккумулятивные берега. Если наносы речного происхождения, то берега относятся к аллювиально-аккумулятивному типу. Формирование указанного типа побережья является следствием совместной деятельности рек, выносящих на устьевые взморья песчаный, гравийный и галечный материал и волнений, разносящих речной аллювий вдоль морского берега. Аллювиально-аккумулятивные берега широко распространены в умеренных широтах. Они образованны в местах впадения большого числа малых рек, сток наносов которых недостаточен для построения дельт, а волновой фактор распределяет этот аллювиальный материал вдоль берега. Одним из ярких примеров такого побережья является преобладающее большинство берегов Черного моря. Иными словами, в развитии аллювиально-аккумулятивных берегов решающую роль играет речной сток наносов. Также от стока наносов зависит количество взвеси, и процесс осадкообразования в глубокой части моря. Таким образом, формирование побережья и морское осадкообразование становится зависимым от прилегающей суши. Роль связующего звена суши с морем выполняют реки, доставляющие в береговую зону моря продукты разрушения горных пород [1]. Изменение гидрологического режима рек приводит к сокращению твердого стока в море, что, в свою очередь, является одним из основных факторов развития процессов абразии. Помимо размыва берегов, с проблемой поступления речных наносов связаны такие важные вопросы, как изменение ареалов обитания прибрежных видов; истощение рыбных ресурсов и снижение видового разнообразия; изменения в качестве воды; изменение площади водно-болотных угодий; уменьшение способности переноса отложений; изменения в биоразнообразии и пищевых цепях; изменения процессов накопления отложений. Эти вопросы особенно важны сейчас, когда сокращение и исчезновение пляжей, отступание берегов, вызванное дефицитом береговых наносов, носит необратимый характер, а загрязнение моря достигло угрожающего предела. Цель данной статьи – проанализировать антропогенное воздействие на изменение гидрологического режима некоторых рек Украины и оценить влияние изменений на поступление речных наносов и, как . 127 18, 2007 . следствие, на абразионные процессы. Изменение режима рек может происходить как в результате изменения природных условий, так и деятельности человека. В настоящее время, в условиях возрастающего хозяйственного использования рек и освоения их бассейнов, антропогенные факторы являются одними из ведущих в руслоформировании. Из всех видов сооружений наибольшее значение имеют плотины регулирующих водохранилищ, которые коренным образом изменяют русловые процессы. История создания плотин и водохранилищ исчисляется тысячелетиями. Первые из них были созданы в Древнем Египте за 3 тыс. лет до н. э. и на Ближнем Востоке за 2, 5 тыс. лет до н.э. По данным А. Б. Авакяна и др. [2], общий объем водохранилищ на земном шаре на рубеже XIX и XX веков составлял 15 км3, а к концу XX века он превысил 6 тыс. км3, то есть увеличился в 400 раз. Согласно исследований Дж. Миллимэна и Р. Мида во второй половине ХХ столетия количество наносов, поступающих в Мировой океан, значительно уменьшилось из-за их осаждения в водохранилищах зарегулированных рек и не превышает 15,0 млрд.т в год. Из этого количества 13,5 млрд.т являются взвешенными наносами рек, а около 1–2 млрд.т влекомыми, которые в океан поступают с паводочными водам. В естественных условиях (без влияния водохранилищ) Дж. Миллимэн и Дж. Сивицки суммарный сток наносов в Мировой океан оценивают равным 20 млрд.т в год [1]. На территории Украины выделяют 6 главных речных бассейнов, а также бассейны рек Крыма и Приазовья. Крупные реки Украины зарегулированы, и суммарное количество аллювия сокращено на 45%, к тому же они впадают в обширные лиманы, где оседает около 1500 тыс.м3 наносов [3]. По этой причине в море они выносят малое количество наносов, ориентировочно около 160 –170 тыс.м3. Таблица 1. Сток наносов крупных рек Украины Река Дунай Днестр Южный Буг Сток наносов тыс.т/год тыс. м3/год 5120 30000 8780 50000* 1730 1000 2500* 1500* 200 120 Ингул 126 75 Днепр 800 2100* 470 1250* * до зарегулирования Ниже рассмотрены основные причины изменения гидрологического режима поверхностных водотоков бассейна Днепра, основными из которых являются: регулирование стока, включая необходимые пропуски из Днепровских водохранилищ; межбассейновая и внутрибассейновая переброска стока; изъятие речного стока на промышленные и хозяйственные нужды; осушение земель; изъятие стока на орошение; дополнительные поступления воды за счет сброса сточных вод; 1. Зарегулированность стока. Экономический эффект от создания водохранилищ общеизвестен: образование подпора дает возможность получать электроэнергию, увеличивает меженные расходы рек и, тем самым, улучшает условия судоходства и водоснабжения, предотвращает наводнения, облегчает использование воды для орошения сельскохозяйственных земель. Вместе с тем, водохранилища, в результате затопления больших территорий, значительно увеличивают испарения с водной поверхности, что уменьшает суммарные водные ресурсы регионов. Создание водохранилищ замедляет водообмен, уменьшает сток наносов, нарушает экологическую обстановку реки, приводит к изменению термического, светового и гидробиологического режимов рек. Днепр является третьей по величине рекой Европы после Волги и Дуная, а также второй по величине рекой, впадающей в Черное море. Бассейн реки Днепр представляет собой трансграничную систему: 20% от общей площади речного бассейна расположено в пределах территории Российской Федерации, 128 . 18, 2007 . 23% на территории Республики Беларусь, и 57% (наибольшая часть бассейна) находится в пределах Украины. В бассейне Днепра расположены 15380 притоков различного порядка, построено 504 водохранилища, на малых речках - 12570. На Днепре создан каскад из шести водохранилищ - Киевская, Каневская, Кременчугская, Днепродзержинская, ДнепроГЭС, Каховская - общей площадью 6950 км2 и полным объемом аккумулированной воды 43,8 км3. Протяженность береговой линии Днепровских водохранилищ составляет 3079 км. В белорусской части бассейна реки Днепр зарегулированность стока составляет 2-3%; в российской части бассейна – около 3%; по состоянию на 1990 г., в Украине водохранилищами и прудами было зарегулировано около 22% от среднего объема речного стока. За последние 35 лет в водохранилища Украины поступило 337 млн. м3 продуктов разрушения берегов. Строительство водохранилищ нарушило экологическое равновесие реки, коренным образом изменило условия водообмена. Он замедлился, сравнительно с природными условиями, в 14-30 раз [4]. 2. Переброска стока. При проведении подобных работ должны приниматься во внимание вопросы сохранения природных условий и развития хозяйства не только тех районов, куда доставляется дополнительный сток, но и тех территорий, откуда этот сток будет изыматься. Размеры изымаемого стока должны устанавливаться в объемах, которые отрицательно не повлияют на режим морей. В пределах Днепра в Республике Беларусь существуют две основные системы переброски стока, пропускная способность которых составляет 0.2-0.3 км3/год. По первой системе (Березинская водная система) в бассейн поступает 0.2-0.25 км3/год воды из другого бассейна (Вилия). Вторая система (Днепро-Бугский канал) обеспечивает перераспределение стока в пределах бассейна реки Днепр и переброску части стока (0.04-0.06 км3/год) в бассейн реки Западный Буг. В Украине построено 6 крупных каналов и 5 водоводов, по которым днепровская вода передается в маловодные районы (например, Крым). Каналами Днепр-Донбасс, Северо-Крымским и Каховским ежегодно перебрасывается 5-6 км3 стока за пределы бассейна [4]. Северо-Крымский канал – самый крупный канал в Европе. Основные потребители воды в Крыму – сельское хозяйство, промышленные предприятия и коммунальное хозяйство. Строительство канала принесло в Крым не только блага, но и экологические проблемы. Около 42% воды (приблизительно 1 млрд м3 в год) бесцельно уходит в землю, испаряется или сбрасывается в Сиваш, что приводит к заболачиванию и засолонению территорий [8]. 3. Изъятие стока на промышленные и хозяйственные нужды. Нарушению естественного баланса наносов способствует безвозвратное водопотребление, изъятие наносов, неправильное берегоукрепление и т.д. В последние годы возросло потребление (особенно в городах) воды для бытовых и производственных нужд. Днепр обеспечивает водой 2/3 территории Украины, а это - около 30 млн. человек, 50 крупных городов и промышленных центров, около 10 тыс. предприятий, 2,2 тыс. сельских и свыше 1 тыс. коммунальных хозяйств, 50 больших оросительных систем и 4 атомные электростанции [4]. В 2001 г. общий объем изъятия речного стока на промышленные и хозяйственные нужды в белорусской части бассейна реки Днепр (за исключением бассейна реки Припять) составил 0.24 км3, причем максимальный ежегодный объем изъятия стока за период с 1985 по 2001 г. составлял 0.7 км3. В бассейне реки Припять годовой объем изъятия речного стока составил 0.18 км3 в 2001 г., а максимальный ежегодный объем за период с 1985 по 2001 г. достигал 1.26 км3. В 2000 г. в российской части бассейна реки Днепр общий годовой объем изъятия стока составил 0.77 км3. Доля безвозвратного водопотребления в украинской части бассейна реки Днепр составляет 75%, причем наиболее значительная часть общего объема безвозвратного водопотребления приходится на Днепропетровскую (14%) и Херсонскую (23%) области. В 2000 году общий объем изъятия стока на промышленные и хозяйственные нужды в украинской части бассейна реки Днепр составил 6.17 км3, а общий объем изъятия стока в бассейне реки Припять за этот же период достиг 1,086 млн. м3. 4.Осушение земель и изъятие стока на орошение. Преобразование водного баланса на водозаборах, т.е. воздействие на процессы формирования стока (и, тем самым, на источники питания рек), происходит при проведении различных мелиоративных работ и . 18, 2007 . 129 изменениях почвенно-растительного покрова. В зоне повышенного увлажнения главным фактором, оказывающим влияние на водный баланс, являются осушительные мелиорации. Осушение болот приводит к иссушению и осадке торфяной толщи. Сначала сток несколько возрастает, но в различных ландшафтах этот процесс происходит по-разному и зависит от последующего использования этих территорий. При создании на месте болот сельхозугодий, может понадобиться применение искусственного орошения. В целом, любые меры по интенсификации земледелия и повышению урожайности, а, следовательно, и транспирации ведут к перестройке водного баланса в сторону сокращения поверхностного стока [10]. Во всех трех странах бассейна Днепра имеются значительные площади осушенных и орошаемых земель. Данные о масштабах осушения и орошения представлены в Таблице 4.3. В Республике Беларусь общая длина открытой мелиоративной сети достигла 64,000 км, т.е. в два раза превысила протяженность естественной гидрографической сети. Украинская часть бассейна реки Днепр характеризуется наибольшими объемами изъятия стока для орошения (0.86 км3 в год). В Российской Федерации и Республике Беларусь объемы изъятия стока на орошение являются значительно более низкими (0.003 км3/год и 0.004 км3/год, соответственно). 5. Дополнительные поступления воды за счет сброса сточных вод предприятий. В 2000 г. объемы дополнительных поступлений стока за счет сброса сточных вод предприятий составили 0.43 км3 в Российской Федерации, 0.4 км3 в Республике Беларусь, и 0.5 км3 в Украине. Надо отметить, что при этом поверхностные воды подвергаются химическому, механическому, тепловому, радиоактивному и бактериальному загрязнению. Наибольший объем сточных вод сбрасывается организациями коммунального хозяйства, промышленными предприятиями, сельскохозяйственными фермами и комплексами. Значительный объем загрязняющих веществ попадает в водоемы при сбросе в них коллекторно-дренажных вод [12]. Изменение гидрологического режима других рек Украины. В настоящее время сток наносов Дуная имеет тенденцию уменьшения, особенно резко сократился сток после 1960 года. В прошлом годовой объем наносов составлял 80 –85 млн.т/год, а в настоящее время снизился до 50–55 млн.т/год. По уточнённым данным В.Н.Михайлова в 1921 –1960 гг. сток наносов составлял 67,7 млн.т/год, после ввода в строй ряда водохранилищ сократился до 42,2 млн.т/год. Согласно новых исследований М.В. Михайловой и Е.А. Левашовой полная величина стока взвешенных и влекомых наносов Дуная в вершине дельты для периода 1921 –1960 гг. составляла 87,8 млн.т/год, а для периода 1961 –1998 гг.— 51,2 млн.т/год [1]. В бассейне Днестра преобладают малые реки длиной до 10 км общим количеством более 14 тысяч, насчитывается 65 водохранилищ и 3447 прудов. В бассейнах средних и малых рек находится 49 водохранилищ и 1935 прудов [7]. В течение последнего 50-летнего периода в бассейне Днестра произошли четыре крупномасштабные перестройки естественного водного режима, это: ·строительство Дубоссарской ГЭС, приведшее к зарегулированию стока Днестра; ·ликвидация озерно-пойменной системы не только реки Днестр, но и притоков; ·строительство Днестровского гидроузла, приведшее к изменению гидрологического, термического и светового режимов реки, ·зарегулирование стока малых рек (в основном притоков второго и третьего порядка). Водохранилища и карьеры стройматериалов оказывают существенное влияние на режим реки Днестр. Многократно сокращено количество и крупность наносов. В низовьях реки, в русле преобладают тонко (45%) и тонко мелкозернистые пески (30%). Средняя крупность убывает вниз по течению от 0,19 мм до 0,12 мм [1]. Общее использование воды Днестра составляют хозяйственно-питьевые нужды, производственные потребности, орошение и сельское хозяйство. Русло реки Ингул зарегулировано низконапорными плотинами, многочисленными ставками и водохранилищами. Крупнейшие из которых Кировоградское, Докучаевское, Ингульское, Софиевское… Воду р. Ингул используют для водообеспечения, сельского хозяйства, а также рыбоводческой промышленности. Южный Буг, занимающий среди рек Черноморско-Азовского бассейна седьмое место по протяженности (806 км) и площади водосборного бассейна (63,7 тыс. км2), — наибольшая река, бассейн которой полностью расположен в границах Украины. Для бассейна Южного Буга характерна высокая степень зарегули- 130 . 18, 2007 . рованности. Из более чем 1100 водохранилищ на территории Украины на бассейн этой реки приходится 197 общим объемом 0,86 км3. На Южном Буге построено 13 небольших ГЭС. Наиболее важный водохозяйственный и энергетический объект на Ю. Буге — Южно-Украинский энергокомплекс, в настоящее время включающий Южно-Украинскую АЭС и Александровскую ГЭС. Воды Южного Буга интенсивно используются в сельском хозяйстве для орошения. Крупнейшей в бассейне Ю. Буга является оросительная система ЮжноБугская в Николаевской области, сооруженная в 1968—1975 гг. Площадь орошаемых земель — 12,2 тыс. га [11]. Народнохозяйственное использование воды в бассейне Южного Буга в 90-х годах характеризуется следующими показателями (км3 в год): забор воды — 1,07—2,53; использование — 1,04—2,46; безвозвратное потребление — 0,19—0,69; сброс в бассейн — 0,88—1,84. Максимальные показатели соответствуют началу, минимальные — концу 90-х годов. Основной потребитель воды — промышленность (в 1998 г. — 79% общего объема потребления, при этом только одна Южно-Украинская АЭС потребляет ежегодно 40 млн м3), на втором месте коммунальное хозяйство (12%). Доля воды, потребляемой на орошение, в последние годы уменьшилась [11]. По территории Автономной Республики Крым протекает 1657 рек и временных водотоков (балок). Сток почти всех крупных рек Крыма зарегулирован, их воды аккумулируются в водохранилищах: Аянском, Симферопольском (на р. Салгир), Партизанском (на р. Альма), Загорском (на р. Кача), Счастливенском (на р. Бельбек) и др.. Всего на реках расположено более 300 озер, сооружено 23 водохранилища и более 1500 прудов. Реки Крыма по размерам небольшие, их относят к категории малых рек, то есть с длиной не более 10 км. Малые размеры и небольшая водность крымских рек обманчивы: после сильных ливней случаются паводки – внезапные, в течение 2-3 часов подъемы уровня воды в реках на 2-3 м, иногда даже на 4-6м. Паводки приводят к образованию селей. Сели случаются во всех речных долинах, но наиболее часто это происходит в восточной части ЮБК, на реках Ускут, Ворон, Ай-Серез, Шелен, Кутлак. В естественных условиях за счет обломочного материала, выносимого селевыми потоками, формируются морские пляжи. Их размеры напрямую зависят от количества обломочного материала, который потом превращается в гальку. Поэтому не всегда с селями стоит бороться путем перегораживания селеопасных рек платинами. Разумнее способствовать беспрепятственному прохождению потока по руслу, а поля и строения в селевых долинах располагать выше по склону, на безопасных участках. Чем больше твердого стока будут выносить реки, тем шире станут пляжи [8]. Исследователь крымских пляжей Ольга Саввичевна Романюк выделяет 4 типа питания пляжей: с береговым питанием (море разрушает берег); питание вдольбереговым потоком наносов, поступающих из рек и смещаемых морским течением; аллювиальное питание и комплексное. В результате строительства прудов и водохранилищ на реках Западный Булганак, Альма, Кача, Бельбек, Черная … снизились объемы наносов крупных фракций, формирующих пляжи, в результате чего, ширина и протяженность пляжей постоянно сокращаются. Значительный вред им приносит рефулирование (землечерпание) донных отложений в целях добычи песка для строительных нужд [9]. Таблица 2. Сток наносов малых рек Крыма [3]. Река Сток наносов тыс.т/год Альма Кача Кокозка Бельбек Чёрная Дерекойка Улу-Азень Демерджи Таракташ 44,3 12,1 25,9 32,4 0,57 2,78 6,48 4,66 2,65 тыс.м3/год 24,6 6,72 14,4 18,0 0,32 1,54 3,6 2,58 1,47 м3/км2 -год 38,8 61,1 17,2 66,6 6,72 30,9 55,5 48,6 9,6 . 18, 2007 . 131 В Черное море, вместе со стоком Крымских рек, поступает ежегодно 0,075 млн.м3 наносов, из них 0,025 млн.м3 являются берегоформирующими, а 0,050 млн.м3 - морскими. Такое количество наносов в море поступает в условиях регулирования и водохозяйственного пользования стока, в естественных условиях общее количество стока наносов составило бы не менее 0,09 млн.м3[1]. В настоящее время существуют различные проекты пополнения пляжей твердым материалом. Например, Н.И. Маккавеев описывает проект целенаправленного искусственного увеличения твёрдого стока впадающих в море рек. Это увеличение предлагается достичь посредством интенсификации гравитационных процессов (отвалов, осыпей, оползней) на отдельных участках склонов долин, взрывания порогов и завалов в руслах рек, выше которых образовались скопления аллювия, спрямления крутых меандр и, наконец, спуска по рекам отвалов пустой породы из карьеров, шахт и обогатительных установок; вывозом на пляжи рыхлообломочного материала, скопившегося в водохранилищах, свалом в реки наносных отложений пойменных террас. ВЫВОД: Преобладающее большинство берегов Черного моря относится к аллювиально-аккумулятивному типу. Поэтому, работа рек по переносу и отложению частиц разрушенных горных пород особенно важна. Они выступают связующими агентами суши с морем, доставляя в море продукты эрозионноденудационной деятельности, являются основными источниками питания пляжей. Веками морской берег находился в динамическом равновесии. Обвалы, оползни, речные и селевые потоки обеспечивали материалом пляж, и он, в свою очередь, противостоял штормам и удерживал оползни. Вмешательство человека в природу – противоселевые работы, рефулирование, ведение портового, берегозащитного, рекреационного и навигационного строительства, регулирование гидрологического режима рек… - дало свои негативные результаты – пляжи стали резко сокращаться, а местами полностью исчезли. Примерами тому могут быть пляжи большинства южнобережных поселков – Карасана, Кичкине, Партенита… Регулирование гидрологического режима рек способствовало развитию промышленности, сельского хозяйства, решило проблемы водообеспечения населения, но, при этом, привело к целому ряду экологических проблем, среди которых загрязнение вод промышленными и коммунальными стоками, сокращение и исчезновение пляжей, отступание берегов, вызванное дефицитом береговых наносов, носит угрожающий характер. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Джаошвили Шалва Реки Черного моря / [Ред.: И. Хомерики] - Тб., 2003 - 186с. 2. Авакян А.Б., Литвинов А.С., Поддубный С.А. Гидролого-географические исследования водохранилищ // Географическое направление в гидрологии. М.: Издательство Россельхозакадемии, 1995. С.180-191. 3. Дедков А.П., Мозжерин В.И. Эрозия и сток наносов на Земле. Казань: КГУ,1984. - 246с. 4. Постановление Верховного Совета Украины о национальной программе экологического оздоровления бассейна Днепра и улучшения качества питьевой воды. Киев 27 февраля 1997 года № 123/97-ВР 5. Лисицын А.П. Осадкообразование в океанах. Москва:Наука,1974. - 440с. 6. Маккавеев Н.И. Некоторые особенности эрозионно-аккумулятивного процесса //Эрозия почв и русловые процессы. Москва: МГУ,1981.Вып.8. С.5 –16 7. Смирнова -Гараева Н.В. Водная растительность Днестра и ее хозяйственное значение. – Кишинев, «Штиинца», 1980. – 136с. 8. Экология Крыма: Справочное пособие под ред. Н.В. Багрова, В.А. Бокова. – Симферополь: Крымское учебно-педагогическое государственное издательство, 2003. – 360с. 9. Олиферов А.Н., Тимченко З.В. Реки и озера Крыма. – Симферополь: Доля, 2005. – 216с. 10. Комплексное использование водных ресурсов: Учебное пособие/ С.В. Яковлев, И.Г. Губий, И.И. Павлинова, В.Н. Родин. – М.: Высш.шк., 2005.- 384 с. 11. Шпигельман Я. Реки Причерноморья: Южный Буг. Журнал “Порты украины” №1 2002г. 12. Коробкин В.И., Передельский Л.В. Инженерная геология и охрана природной среды: Учебник для вузов. – Ростов-наДону: Изд-во Рост. Ун-та, 2003.- 352 с. 13. Добровольский В.В. Геология: Учеб. для студ. высш. учеб. заведений. – М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2003. – 320 с.